双亲委派模型

双亲委派模型（Parent Delegation Model） 是 Java 类加载器（ClassLoader）的一种工作机制，它是 Java 类加载机制的核心设计之一。理解双亲委派模型对于掌握 Java 类加载机制、解决类冲突问题以及实现自定义类加载器都非常重要。

1. 什么是双亲委派模型？

双亲委派模型是指：当一个类加载器需要加载某个类时，它首先会委托给它的父类加载器去加载，只有在父类加载器无法加载时，才会自己尝试加载。

核心思想：

• 自上而下：类加载请求首先由最顶层的类加载器处理。
• 自下而上：如果父类加载器无法加载，才会由子类加载器处理。

2. 类加载器的层次结构

在 Java 中，类加载器是按照层次结构组织的，主要包括以下四种类加载器：

1. Bootstrap ClassLoader（启动类加载器） ：
   • 最顶层的类加载器。
   • 负责加载 JVM 核心类库（如 java.lang.*、java.util.* 等），这些类通常位于 jre/lib/rt.jar 中。
   • 由 C/C++ 实现，是 JVM 的一部分。
2. Extension ClassLoader（扩展类加载器） ：
   • 负责加载扩展类库（如jre/lib/ext 目录下的类）。
   • 是 Java 实现的类加载器。
3. Application ClassLoader（应用程序类加载器） ：
   • 也称为系统类加载器（System ClassLoader）。
   • 负责加载应用程序类路径（Classpath）下的类。
   • 是 Java 实现的类加载器。
4. Custom ClassLoader（自定义类加载器） ：
   • 用户自定义的类加载器。
   • 可以继承 ClassLoader 类，实现自定义的类加载逻辑。

3. 双亲委派的工作流程

当一个类加载器收到类加载请求时，它会按照以下步骤处理：

1. 委托父类加载器：
   • 首先检查是否已经加载过该类，如果已经加载，则直接返回。
   • 如果没有加载过，则将加载请求委托给父类加载器。
2. 父类加载器处理：
   • 父类加载器重复同样的过程，继续向上委托，直到到达 Bootstrap ClassLoader。
3. Bootstrap ClassLoader 尝试加载：
   • 如果 Bootstrap ClassLoader 能够加载该类，则返回该类。
   • 如果无法加载，则向下传递加载请求。
4. 子类加载器尝试加载：
   • 如果父类加载器无法加载该类，则由子类加载器尝试加载。
   • 如果子类加载器也无法加载，则抛出ClassNotFoundException。

4. 双亲委派的代码实现

双亲委派模型的实现主要在ClassLoader 类的 loadClass 方法中。以下是简化后的逻辑：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 1. 检查是否已经加载过该类
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                // 2. 委托给父类加载器
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // 3. 如果父类加载器为 null，则委托给 Bootstrap ClassLoader
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // 父类加载器无法加载，忽略异常
            }

            // 4. 如果父类加载器无法加载，则由当前类加载器加载
            if (c == null) {
                c = findClass(name);
            }
        }
        // 5. 如果需要解析，则解析该类
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

5. 双亲委派模型的优点

1. 避免重复加载：
   • 父类加载器已经加载的类，子类加载器不会重复加载，确保类的唯一性。
2. 安全性：
   • 防止核心类库被篡改。例如，用户自定义的java.lang.String 类不会被加载，因为 Bootstrap ClassLoader 已经加载了核心的 String 类。
3. 类的隔离性：
   • 不同类加载器加载的类相互隔离，避免类冲突。

6. 双亲委派模型的缺点

1. 灵活性不足：
   • 在某些场景下，双亲委派模型可能限制了类的加载方式。例如，某些框架（如 Tomcat）需要打破双亲委派模型，以实现类加载的隔离和动态加载。
2. 无法加载非标准类：
   • 如果父类加载器无法加载某个类，子类加载器也无法加载，即使子类加载器能够找到该类。

7. 打破双亲委派模型

在某些场景下，需要打破双亲委派模型。例如：

• Tomcat 的类加载器：
  • Tomcat 使用自定义的类加载器，优先加载 Web 应用中的类，而不是委托给父类加载器。
• OSGi 框架：
  • OSGi 使用复杂的类加载机制，允许模块之间的类隔离和动态加载。

如何打破双亲委派模型？

• 重写ClassLoader 的 loadClass 方法，改变类的加载顺序。
• 例如，优先加载自己的类，而不是委托给父类加载器。

8. 双亲委派模型的实际应用

1. JDBC 驱动的加载：
   • JDBC 驱动的加载使用了双亲委派模型。DriverManager 会通过 ServiceLoader 加载所有可用的驱动类。
2. Spring 的类加载：
   • Spring 使用自定义的类加载器，优先加载应用中的类，而不是委托给父类加载器。

9. 总结

• 双亲委派模型 是 Java 类加载机制的核心设计，通过自上而下的委托机制，确保类的唯一性和安全性。
• 优点：避免重复加载、提高安全性、隔离类加载环境。
• 缺点：灵活性不足，某些场景需要打破双亲委派模型。
• 实际应用：广泛应用于 JDBC、Tomcat、Spring 等框架中。